DE60127271T2

DE60127271T2 - Ein verfahren zur herstellung von einem rückseitenkontakt für integrierte schaltungen

Info

Publication number: DE60127271T2
Application number: DE60127271T
Authority: DE
Inventors: John A. Austin IACOPONI; John C. Austin MIETHKE
Original assignee: Advanced Micro Devices Inc
Current assignee: Advanced Micro Devices Inc
Priority date: 2000-08-08
Filing date: 2001-07-26
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: KR20030020458A; CN1706039A; AU7802601A; WO2002013258A2; EP1307916A2; WO2002013258A3; JP2004506324A; US6468889B1; CN100459097C; EP1307916B1; DE60127271D1; KR100819191B1; JP4959904B2

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen die Technologie der Halbleiterherstellung und betrifft insbesondere einen Rückseitenkontakt für ein integriertes Schaltungsbauelement und ein Verfahren zur Herstellung des Rückseitenkontakts.
Hintergrund der Erfindung
Es gibt ein ständiges Bestreben in der Halbleiterindustrie, um die Arbeitsgeschwindigkeit integrierter Schaltungsbauelemente, beispielsweise von Mikroprozessoren, Speicherbauelementen und dergleichen, zu erhöhen. Dieses Bestreben wird durch die Nachfrage der Verbraucher nach Computern und elektronischen Geräten gefördert, die mit immer größeren Geschwindigkeiten arbeiten. Diese Forderung nach erhöhter Arbeitsgeschwindigkeit führte zu einer ständigen Verringerung der Größe der Halbleiterbauelemente , beispielsweise der Transistoren. D. h., viele Komponenten eines typischen Feldeffekttransistors (FET), beispielsweise die Kanallänge, die Tiefe der PN-Übergänge, die Dicke des Gatedielektrikums, und dergleichen, werden ständig verringert. Beispielsweise führt für ansonsten gleiche Bedingungen eine geringere Kanallänge des FET's zu einer schnelleren Arbeitsgeschwindigkeit des Transistors. Daher gibt es ein ständiges Bestreben, die Größe oder den Maßstab der Komponenten eines typischen Transistors zu reduzieren, um damit die Gesamtarbeitsgeschwindigkeit des Transistors sowie von integrierten Schaltungsbauelementen, in denen derartige Transistoren enthalten sind, zu erhöhen. Ferner vergrößert das Reduzieren der Größe oder des Maßstabs der Komponenten eines typischen Transistors auch die Packungsdichte und die Anzahl der Transistoren, die für eine vorgegebene Fläche einer Halbleiterscheibe hergestellt werden, wodurch die Gesamtherstellungskosten pro Transistor sowie die Kosten von integrierten Schaltungsbauelementen, in denen derartige Transistoren eingesetzt sind, verringert werden.
Bei der Herstellung integrierter Schaltungen werden viele Schichten in einer gestapelten Weise aufeinander ausgebildet. Zu diesen Schichten gehören Halbleitermaterialien, isolierende Materialien und leitende Materialien beispielsweise Metalle. Eine übliche integrierte Schaltung kann bis zu 10 oder 20 unterschiedliche Schichten aufweisen und 6 oder 7 dieser Schichten können Metallschichten sein. Im Allgemeinen werden die Metallschichten strukturiert, so dass diese elektrische Verbindungen oder Leiter aufweisen, die die elektri sche Leistung sowie Signale, beispielsweise Steuersignale, Adressensignale und Datensignale, über die integrierte Schaltung hinweg verteilen.
1 zeigt eine Querschnittsansicht einer einfachen Form einer integrierten Schaltung. Ein Halbleitersubstrat 10, das ein Siliziummaterial oder ein anderes geeignetes Material sein kann, bildet die Grundlage, auf der die integrierte Schaltung aufgebaut wird. Transistoren sind auf dem Substrat 10 ausgebildet, und beispielsweise kann ein derartiger Transistor ein Gate 11 aufweisen. Das Gate 11, das typischerweise von dem Halbleitersubstrat durch eine dünne isolierende Schicht (nicht gezeigt) getrennt ist, kann aus einem leitenden Material aufgebaut sein, etwa einem dotierten polykristallinen Silizium oder Polysilizium. Wie auf dem Gebiet der Herstellung von Halbleiterbauelementen gut bekannt ist, kann Polysiliziummaterial abgeschieden oder anderweitig über der Oberfläche des Substrats 10 gebildet werden (typischerweise davon durch eine dünne Oxidschicht getrennt), und danach wird dieses Material strukturiert, um Transistorgates zu bilden.
Über dem Substrat 10 und dem Gate 11 ist eine dielektrische oder isolierende Schicht 12, beispielsweise eine Schicht aus Siliziumdioxid, angeordnet. Typischerweise wird bei der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen über der isolierenden Schicht 12 eine Schicht aus elektrisch leitendem Material gebildet, das dann strukturiert und geätzt wird, um leitende Verbindungsstrukturen 13 und 14 zu bilden. Typischerweise werden die leitenden Verbindungsstrukturen aus einem Metall hergestellt. Die Verbindungsstruktur 13 kann elektrisch mit dem Gate 11 mittels eines leitenden Materials 15, beispielsweise einem Metall, verbunden sein. Wie auf dem Gebiet der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen bekannt ist, wird eine Kontaktdurchführung durch die dielektrische Schicht 12 hindurch gebildet, und die Kontaktdurchführung wird mit einem leitenden Material, beispielsweise einem Metall, vor oder während der Herstellung der leitenden Schicht gefüllt, die zur Herstellung der Verbindungsstrukturen 13 und 14 verwendet wird. Somit können elektrische Verbindungsstrukturen zwischen leitenden Schichten aus unterschiedlichen Ebenen des integrierten Schaltungsbauelements hergestellt werden.
Über den Verbindungsstrukturen 13 und 14 wird eine zweite dielektrische oder isolierende Schicht 16 hergestellt. Ebenso wie die Schicht 12 kann die Schicht 16 ein Siliziumdioxidmaterial oder ein anderes geeignetes Material aufweisen. Ferner können die Schichten 12 und 16, wie die weiteren dielektrischen Schichten, die nachfolgend erläutert werden, auf der integrierten Schaltung durch eine beliebige geeignete Abscheidetechnik, beispielsweise CVD, Aufschleuderverfahren, etc. hergestellt werden. Über der dielektrischen Schicht 16 wird eine weitere leitende Schicht, beispielsweise aus Metall, gebildet und strukturiert, um weitere Verbindungsstrukturen 20 und 21 zu schaffen. Wie in 1 gezeigt ist, können die Verbindungsstrukturen 14 und 20 elektrisch durch das leitende Material 19 durch die dielektrische Schicht hindurch verbunden werden. Über den Verbindungsstrukturen 20 und 21 ist eine noch weitere dielektrische oder isolierende Schicht 22 ausgebildet, die ebenso ein geeignetes isolierendes Material, beispielsweise Siliziumdioxid, aufweist.
Es können weitere leitende Schichten und dielektrische Schichten über der isolierenden Schicht 22 gebildet werden, um beispielsweise Verbindungsstrukturen 23, 24, 26 und 29 und dielektrische Schichten 25 und 28 zu bilden. Wenn die Herstellung der integrierten Schaltung im Wesentlichen abgeschlossen ist, werden Kontaktflächen, beispielsweise die Fläche 31, über der integrierten Schaltung gebildet. Die Kontaktflächen sind mit diversen Stellen in der integrierten Schaltung, beispielsweise der Verbindungsstruktur 13, mittels eines Leitungsweges 32 und eines Anschlusses 33 verbunden. Der Leitungsweg 32 wird hergestellt, indem durch mindestens einige der Schichten, die über dem Substrat 10 ausgebildet sind, hindurchgeätzt wird. Wie beispielsweise in 1 gezeigt ist, wird der Leitungsweg 32 durch jede der dielektrischen Schichten 16, 22, 25 und 28 geätzt, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Anschluss 33 und dem Kontakt 33 und der Verbindungsstruktur 13 herzustellen. In ähnlicher Weise können über die integrierte Schaltung hinweg ähnliche Leitungswege 32 durch diverse Schichten der integrierten Schaltung geätzt werden, um ausgewählte elektrische Verbindungsstrukturen in den diversen Metallschichten oder leitenden Schichten zu kontaktieren. Die Kontaktfläche 31, der Anschluss 33 und der Leitungsweg 32 ermöglichen die Zufuhr elektrischer Leistung zu der integrierten Schaltung oder diese können eine Leitung für Signale zu der integrierten Schaltung und aus dieser heraus bereitstellen. Beispielsweise können DC (Gleich-) Spannungen an die diversen Bereiche der integrierten Schaltung mittels der Kontaktflächen 31, der Anschlüsse 33 und der Leitungswege 32 angelegt werden. Auch können Dateneingangssignale und Datenausgangssignale, Adressensignale und eine Vielzahl von Steuersignalen an die integrierte Schaltung mittels der Kontaktflächen 31, der Anschlüsse 33 und der Leitungswege 32 angelegt oder aus dieser ausgelesen werden.
Wie in 1 gezeigt ist, werden elektrische Leitungswege 32 zwischen den Kontaktflächen 31 und den diversen Metallschichten von der oberen Fläche 34 des integrierten Schaltungsbauelements nach unten durch die diversen dielektrischen Schichten zu einer speziellen leitenden Schicht oder Verbindungsstruktur, die zu kontaktieren ist, geführt. Bei zunehmender Komplexität der integrierten Schaltungen weisen diese eine größere Packungsdichte auf. Folglich wird der Abstand zwischen Bauelementen einschließlich der Verbindungsstrukturen auf der integrierten Schaltung kleiner. Wenn ferner immer mehr leitende Beschichtungen beim Fertigungsprozess eingesetzt werden, wird die Signalführung durch die Leitungswege 32 zu der ausgewählten Schicht oder der Verbindungsstruktur immer komplexer und schwieriger. Obwohl ferner Anstrengungen unternommen werden, um die Leistungsaufnahme zu reduzieren, benötigen moderne Bauelemente einen höheren elektrischen Strom als ältere Bauelemente, wobei diese größeren elektrischen Ströme typischerweise mittels der elektrischen Leitungswege 32 transportiert werden.
Die Situation wird noch komplexer, da die elektrische Leistung typischerweise zu den untersten Metallschichten in der integrierten Schaltung geführt werden muss. Unter diesen Bedingungen ergeben sich für die Signalführung der Leitungswege 32 zahlreiche Probleme. Da beispielsweise der kleine Abstand zwischen benachbarten Bauelementen und den Verbindungsstrukturen in der integrierten Schaltung einzuhalten ist, muss die Querschnittsfläche des elektrischen Leitungsweges 32 klein sein. Bei zunehmender Komplexität der integrierten Schaltungen und bei Verwendung mehrerer Schichten wird die Länge des elektrischen Leitungswegs 32 länger. Wenn der Querschnitt des elektrischen Leitungswegs 32 abnimmt und seine Länge zunimmt, ergibt sich ein höherer Widerstand für den Stromfluss, wodurch u. a. ein erhöhtes Maß an Wärme erzeugt wird.
EP-A-0 926 723 offenbart einen Prozess zur Herstellung von Kontakten von der Vorderseite zur Rückseite in integrierten mikroelektronischen Schaltungen, mit den Schritten: Bilden eines Durchgangsloches von der Rückseite eines Halbleitermaterialkörpers; Bilden einer das Loch isolierenden Schicht zum elektrischen Isolieren von Material, das lateral die Wände des Durchgangsloches bedeckt; Bilden eines Durchkontaktierungsgebiets aus leitendem Material, das lateral die das Loch isolierende Schicht innerhalb des Loches bedeckt und mindestens einen Bereich aufweist, der sich von der Oberseite der unteren Oberfläche des Körpers aus erstreckt; Bilden einer Schutzschicht, die das Durchkontaktierungsgebiet abdeckt; und Bilden einer Verbindungsstruktur, die sich zu der Oberseite der oberen Fläche des Körpers zwischen dem Durchkontaktierungsgebiet und der elektronischen Komponente erstreckt und eine elektrische Verbindung zwischen diesen herstellt.
US-A-6 075 712 offenbart einen „umgekehrten Chip bzw. Flipchip" mit elektrischen Kontaktflächen auf der Rückseite des Chips. Ein Halbleitersubstrat besitzt eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche. Es sind Schaltungselemente in der ersten Oberfläche ausgebildet. Mehrere Höckerkontakte sind auf der erste Oberfläche angeordnet und mit den Schaltungselementen verbunden. Kontaktierungsflächen, die ebenso mit den Schaltungselementen verbunden sind, sind in oder auf der zweiten Oberfläche angeordnet.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, eines oder mehrere der zuvor genannten Probleme zu überwinden oder zumindest deren Wirkung zu reduzieren, jedoch in einer anderen Art und Weise, wie dies in den beiden oben genannten Dokumenten dargelegt ist.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Rückseitenkontaktes für ein Halbleiterbauelement gemäß dem Anspruch 1 bereit.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser verstanden werden, in denen:
1 eine vereinfachte Darstellung eines Querschnitts einer konventionellen integrierten Schaltung ist; und
2 bis 8 schematisch im Querschnitt diverse Aspekte eines Rückseitenkontakts und Verfahren zur Herstellung des Rückseitenkontakts gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen.
Obwohl die Erfindung diversen Modifizierungen und Alternativen unterliegen kann, sind dennoch spezielle Aspekte beispielhaft in den Zeichnungen dargestellt und werden hierin detailliert beschrieben.
Art bzw. Arten zum Ausführen der Erfindung
Im Folgenden werden anschauliche Beispiele der Erfindung beschrieben. Im Sinne der Klarheit werden nicht alle Merkmale einer tatsächlichen Implementierung in dieser Beschreibung dargelegt. Es ist jedoch zu beachten, dass bei der Entwicklung einer derartigen tatsächlichen Ausführungsform zahlreiche implementationsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um die speziellen Entwicklungsziele zu erreichen, etwa die Verträglichkeit mit systembezogenen oder geschäftsorientierten Rahmenbedingungen, die sich von Implementierung zu Implementierung unterscheiden können. Ferner ist zu beachten, dass ein derartiger Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein kann, aber dennoch eine Routinemaßnahme für den Fachmann im Besitze der vorliegenden Offenbarung darstellt.
In den 2 bis 8 sind anschauliche Beispiele eines Rückseitenkontakts und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kontakts gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Obwohl die diversen Gebiete und Strukturen einer integrierten Halbleiterschaltung in den Zeichnungen so dargestellt sind, dass diese sehr präzise, scharfe Konfigurationen und Profile aufweisen, weiss der Fachmann, dass diese Gebiete und Strukturen tatsächlich nicht so präzise ausgebildet sind, wie dies in den Zeichnungen dargestellt ist. Dennoch repräsentieren die begleitenden Zeichnungen einen Teil der Beschreibung, um anschauliche Beispiele der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
Im Allgemeinen richtet sich die vorliegende Erfindung an die Herstellung eines integrierten Halbleiterbauelements. Wie der Fachmann beim vollständigen Studium der vorliegenden Anmeldung leicht erkennt, ist das vorliegende Verfahren auf eine Vielzahl von Technologien, beispielsweise NMOS, PMOS, CMOS und dergleichen anwendbar und ist ferner auf eine Vielzahl von Bauelementen effizient anwendbar, zu denen gehören, ohne einschränkend zu sein, Logikbauelemente, Speicherbauelemente, und dergleichen.
2 zeigt einen Querschnitt eines Teils eines integrierten Schaltungsbauelements. Ein Substrat 110 weist darüber ausgebildet ein Gate 111 aus einem leitenden Material, beispielsweise dotiertem Polysilizium, auf. Typischerweise ist das Gate 111 von dem Substrat 110 durch eine dünne isolierende Schicht (nicht gezeigt) getrennt, beispielsweise ein Gate dielektrikum. Über dem Gate 111 ist eine dielektrische Schicht 112 ausgebildet, die beispielsweise aus Siliziumdioxid hergestellt ist. Die dielektrische Schicht 112 kann unter Anwendung einer Vielzahl von bekannten Materialien und Verfahren hergestellt werden, etwa durch CVD, Aufschleuderverfahren, etc. Über der Schicht 112 ist eine weitere leitende Schicht, die beispielsweise aus Metall aufgebaut ist, abgeschieden oder anderweitig ausgebildet. Unter Anwendung gut bekannter Strukturierungs- und Ätrverfahren werden leitende Bahnen oder Verbindungsstrukturen 113 und 114 hergestellt. Diese Verbindungsstrukturen 113 und 114 können als elektrische Leitungswege oder Verbindungsstrukturen zwischen den diversen Bereichen des integrierten Schaltungsbauelements dienen. Um eine Verbindung zwischen benachbarten leitenden Schichten oder Verbindungsstrukturen zu ermöglichen, wird ein Kontaktloch durch die dielektrische Schicht 112 geätzt und mit einem leitenden Material 115 gefüllt, um die elektrische Verbindung zwischen einem Gate 111 und einer Verbindungsstruktur 113 herzustellen. Die Herstellung mehrerer dielektrischer und leitender Schichten über dem Substrat 110 sowie die Verwendung von Kontaktdurchführungen, um eine Verbindung zwischen den diversen leitenden Schichten herzustellen, ist dem Fachmann auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung gut vertraut.
Nach der Herstellung der leitenden Schicht, die zur Bildung der Verbindungsstrukturen 113 und 114 verwendet wird, und vor dem Beenden des Herstellungsprozesses für die integrierte Schaltung wird ein Rückseitenkontakt 146 (siehe 3) gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt. Der Rückseitenkontakt 146 kann vor oder nach der Strukturierung und der Herstellung der Verbindungsstrukturen 113 und 114 aus ihren entsprechenden leitenden Schichten gebildet werden. Wie in 2 gezeigt ist, wird ein Photolack oder ein anderes geeignetes Material verwendet, um eine Maske 140 auf einer Rückseitenoberfläche 141 des Substrats 110 zu bilden. Der Begriff „Rückseite„, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, bezeichnet jene Oberfläche des Substrats 110, die gegenüberliegend zu der Oberfläche des Substrats 110 liegt, auf der die typischen dielektrischen und leitenden Schichten gebildet werden. Der Photolack oder das andere maskierende Material kann unter Anwendung gut bekannter Verfahren strukturiert werden, um eine Öffnung 142 in der Maske 140 zu bilden. Es kann eine beliebige Technologie aus einer Vielzahl von bekannten Technologien eingesetzt werden, um ein anisotropes Ätzen zur Herstellung einer Öffnung 144 durch den Bereich des Substrats 110 und die dielektrische Schicht 112, die unter der Öffnung 142 in der Maske 140 angeordnet sind, auszuführen. Beispielsweise ist zum Ätzen durch das Siliziumsubstrat eine Verbindung aus Wasserstoffbromid (HBr), Chlor (Cl) und Sauerstoff (O₂) oder eine Verbindung aus SFs und Argon geeignet. Zum Ätzen durch die dielektrische Schicht 112, die beispielsweise ein Siliziumdioxidmaterial repräsentiert, ist eine Kombination aus CF₄, CHF₃ und Argon eine geeignete Ätzumgebung. Alternativ kann eine Verbindung aus anderen fluorkohlenstoffenthaltenden Gasen angewendet werden. Diese Ätzchemien sowie andere geeignete Chemien und Verfahren sind gut bekannt und dem Fachmann vertraut. Die Öffnung 144 besitzt Seitenwände 143, die im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche 141 des Substrats 110 angeordnet sind. Die anisotrope Ätzung wird fortgesetzt, bis die Öffnung 144 die leitende Verbindungsstruktur 114 erreicht.
Gemäß 3 wird nach der anisotropen Ätzung zur Bildung der Öffnung 144 die Maske 140 von der Oberfläche 141 des Substrats 110 entfernt. Es wird eine isolierende Schicht entlang den Seitenwänden 143 der Öffnung 144 insbesondere in der Nähe des freiliegenden Substrats und über der Oberfläche 141 des Substrats 110 gebildet. Zur Herstellung dieser isolierenden Schicht wird beispielsweise ein selektiver Abscheide- oder Aufwachsprozess in einer oxidierenden Umgebung eingesetzt, oder es wird eine dünne isolierende Schicht abgeschieden. Diese und andere geeignete Verfahren zur Herstellung der isolierenden Schicht entlang der Seitenwände 143 und über der Oberfläche 141 sind gut bekannt und dem Fachmann vertraut. Unter Anwendung einer beliebigen Technik, etwa unter Anwendung von Abscheideverfahren, wird ein leitendes Material über der Oberfläche 141 des Substrats 110 und in der Öffnung 144 gebildet, wodurch eine leitende Schicht auf der Oberfläche 141 des Substrats 110 entsteht. Danach wird unter Einsatz gut bekannter Abscheide- und Strukturierungsverfahren ein Rückseitenkontakt 146 gebildet, der eine elektrische Verbindung der Verbindungsstruktur 144 zu dem Rückseitenkontakt 146 durch das leitende Material, das die Öffnung 144 füllt, durch das Substrat 110 und die dielektrische Schicht 112 hindurch herstellt. Das leitende Material, das zum Füllen der Öffnung 144 und zur Herstellung des Kontakts 146 verwendet wird, kann ein beliebiges geeignetes leitendes Material sein, beispielsweise Wolfram, Aluminium oder Kupfer. Wenn Kupfer verwendet wird, kann die Unterseitenfläche der Metallverbindungsstruktur 114 als eine katalytische Oberfläche für die elektrolytische Abscheidung des Kupfers verwendet werden. Barrierenschichten, die beispielsweise aus Titan, Titannitrid, oder einem anderen hochschmelzenden Metall oder hochschmelzenden Metallnitrid hergestellt sind, können ebenso in der Öffnung 144 vor dem Ausbilden des leitenden Materials darin bereitgestellt werden. Ferner sollte vor dem Füllen der Öffnung 144 mit einem leitenden Material die unten liegende Oberfläche 116 der Verbindungsstruktur 114 gereinigt werden. Beispielsweise kann ein stark richtungsabhängi ger Ätzprozess, der als Vorreinigungsätzung oder RF-Ätzung bekannt ist, eingesetzt werden. Ein richtungsabhängiger Sputter-Ätzprozess in einer Argon-Plasmaumgebung wird zu einer geeigneten Reinigung der unteren Fläche 116 eingesetzt. Der Querschnitt der Öffnung 144 kann eine geeignete Form und Größe aufweisen.
4 zeigt ein alternatives Verfahren zur Herstellung des Rückseitenkontakts 146. Ein Photolack oder ein anderes geeignetes Maskierungsmaterial wird verwendet, um eine Maske 140 auf der Rückseitenfläche 141 des Substrats 110 zu bilden, und die Maske 140 wird strukturiert, um eine Öffnung 142 herzustellen. Es wird ein isotroper Ätzprozess durch die Öffnung 142 hindurch ausgeführt, um eine Öffnung 148a in dem Substrat 110 zu bilden. Da dieser Schritt ein isotroper Ätzschritt ist, wird bei dem Ätzen der Maskierungsschicht 140 eine Unterhöhlung gebildet, so dass sich schräg zulaufende Randflächen 149a in dem Substrat 110 bilden. In der speziellen in 4 gezeigten Ausführungsform wird der isotrope Ätzschritt ausreichend lange ausgeführt, um die Öffnung 148a zu bilden, wird jedoch nicht ausreichend lange ausgeführt, um vollständig durch das Substrat 110 hindurchzuätzen. Vielmehr ist die Tiefe 147a der Öffnung 148a in dem Substrat 110 geringer als die Dicke des Substrats 110 in der Nähe der Öffnung 148a.
In einem weiteren Aspekt, der in 5 gezeigt ist, wird die isotrope Ätzung fortgesetzt, bis die Öffnung 148b sich im Wesentlichen vollständig durch das Substrat 110 erstreckt. In dieser speziellen Ausführungsform erstrecken sich die Öffnung 148b und damit die schräg zulaufenden Randflächen 149b im Wesentlichen vollständig durch das Substrat 110, wirken sich aber im Wesentlichen nicht auf die isolierende Schicht 112 aus. Anders ausgedrückt, in dieser Ausführungsform ist die Tiefe 147b der Öffnung 148b ungefähr gleich der Dicke des Substrats 110 in der Nähe der Öffnung 148b. Da in dieser speziellen Ausführungsform die Tiefe 147b der Öffnung 148b größer ist als die Tiefe 147a der Öffnung 148a in 4, ist ebenso die Breite der Öffnung 148b größer als die Breite der Öffnung 148a in 4. Somit sind die schräg zulaufenden Randflächen 149b so ausgebildet, wie dies in 5 gezeigt ist. Beispielsweise ist ein Trockenplasmaprozess unter Anwendung von NF₃ oder CF₄ geeignet. Alternativ kann ein nasschemischer Prozess unter Anwendung einer Kombination aus HNO₃ und HF für die Si-Ätzung oder eine Kombination aus NH₄HF und Wasser für eine SiO₂-Ätzung angewendet werden. Der Fachmann versteht diese Prozesse sowie andere Prozesse, die vorteilhaft eingesetzt werden können.
6 zeigt einen noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wobei die isotrope Ätzung durch die Öffnung 142 der Maske 140 vollständig durch das Substrat 110 und in die isolierende Schicht 112 hinein voranschreitet, um die Öffnung 148c mit Randflächen 149c zu bilden. In dieser Ausführungsform ist die Tiefe 147c der Öffnung 148c größer als die Dicke des Substrats 110 in der Nähe der Öffnung 148c. Die schräg verlaufenden Randflächen 149c erstrecken sich in die dielektrische Schicht 112 hinein. Beispielhafte Ätzprozesse, die verwendbar sind, wurden zuvor erläutert und sind dem Fachmann vertraut.
7 zeigt die weitere Bearbeitung, die sich an den Herstellungszustand in 4 anschließt. Nach der isotropen Ätzung, die die Öffnung 148a in dem Substrat 110 bildet, wird ein anisotroper Ätzprozess durch die Öffnung 142 in der Maske 140 und durch die Öffnung 148a ausgeführt, um eine Öffnung 150 durch den verbleibenden Teil des Substrats 110 und vollständig durch die isolierende Schicht 112 zu der Verbindungsstruktur 114 herzustellen. Da dieser zweite Ätzschritt anisotrop ist, enthält die Öffnung 150 Seitenwände 143, die im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 141 des Substrats 110 angeordnet sind. Beispiele geeigneter anisotroper Ätzverfahren sind zuvor angegeben. In der in den 5 und 6 gezeigten Ausführungsform bildet der anisotrope Ätzprozess eine Öffnung 150 lediglich durch die dielektrische Schicht 112 oder einen Teil davon. Es sei wieder auf 7 verwiesen; im Anschluss an den isotropen Ätzschritt zur Herstellung der Öffnung 150 wird die Maske 140 von der Oberfläche 141 des Substrats 110 entfernt. Gemäß 8 wird ein leitendes Material 151 verwendet, um die Öffnung 150 zu füllen, und um den Kontakt 152 in ähnlicher Weise herzustellen, wie der Kontakt 146 ausgebildet wurde, wie dies in Verbindung mit 3 zuvor dargestellt und beschrieben ist. Wie zuvor beschrieben ist, wird eine dünne isolierende Schicht an den Seitenwänden der Öffnung 150 und an der Oberfläche 141 des Substrats 110 gebildet. Da das Material 151, das zum Füllen der Öffnung 150 und zur Herstellung des Kontakts 152 verwendet wird, nicht notwendigerweise die gleiche Art ist wie das leitende Material, das zur Herstellung der Verbindungsstruktur 114 verwendet wird, kann eine einhüllende Schicht bzw. eine Barrierenschicht zwischen den beiden Materialien erforderlich sein. Es kann ein hochschmelzendes Metall oder ein hochschmelzendes Metallnitrid verwendet werden, um die untere Fläche 116 der Verbindungsstruktur 114 zu beschichten. Das hochschmelzende Metall oder das hochschmelzende Metallnitrid bildet dann eine Grenzfläche zwischen dem leitenden Material der Erfindungsstruktur 114 und dem leitenden Material 151 des Kontakts 152.
Ein alternatives Verfahren zum Füllen der Öffnung 150 sowie der Öffnung 148a aus 7 (und der Öffnungen 148a und 148c der 5 bzw. 6) umfasst ein Elektroplattierungsverfahren, wobei die Verbindungsstruktur 114 (oder eine andere geeignete Struktur auf oder über dem Substrat 110) mit einer Anode verbunden wird, während ein Bad mit einer Kathode verbunden ist. Das Bad kann beispielsweise Kupfersulfat und schweflige Säure aufweisen.
Nach dem Entfernen der Maske 140 von der Rückseite des Substrats 110 und nach der Herstellung einer isolierenden Schicht (bei Bedarf) an den Seitenwänden 143 der Öffnung 150 und auf der Oberfläche 141 des Substrats 110 wird die Oberfläche 141 des Substrats 110 in das Bad eingetaucht, wobei eine entsprechende Konfiguration der Anode und der Kathode vorgesehen ist. Das leitende Material aus dem Bad scheidet sich an der Unterseite der Verbindungsstruktur 114 ab und füllt die Öffnung 150. Der Plattierungsvorgang wird fortgesetzt, um die Öffnung 148 (oder 148b oder 148c, je nach Lage der Dinge) zu füllen und um eine leitende Schicht über der Oberfläche 141 des Substrats 110 zu bilden. Danach wird wie zuvor das leitende Material strukturiert und geätzt, wobei die bekannte Verfahren eingesetzt werden, um den Kontakt 152 zu bilden.
Bei der Vorbereitung zur Herstellung des Kontakts der vorliegenden Erfindung kann die Substratscheibe unter Anwendung einer Vielzahl gut bekannter Verfahren gedünnt werden. Durch Dünnen des Substrats können die Ätzschritte zur Herstellung der Kontaktöffnung durch das Substrat hindurch rascher abgeschlossen werden. Im Allgemeinen kann der Rückseitenkontakt vor oder nach der vollständigen Endbearbeitung der Scheibe oder integrierten Schaltung gebildet werden. Unter Anwendung des Rückseitenkontakts und der Verfahren gemäß dieser Erfindung kann der Querschnitt des Kontaktes im Vergleich zu konventionellen Kontakten vergrößert werden. Ferner ist die Länge des Kontakts von der Oberfläche des Substrats zu der entsprechenden Verbindungsstruktur im Allgemeinen kürzer im Vergleich zu konventionellen Kontakten. Folglich bildet der Kontakt einen geringeren Widerstand beim Erzeugen eines Stromflusses, wodurch auch weniger Wärme erzeugt wird, die dann abzuführen ist. Das Einbringen in ein Gehäuse einer integrierten Schaltung, in der der Rückseitenkontakt dieser Erfindung verwendet ist, kann in ähnlicher Weise vonstatten gehen, wie das Einbringen von Anordnungen mit mehreren Chips in ein Gehäuse.
Die speziellen offenbarten Aspekte sind lediglich anschaulicher Natur, da die Erfindung in unterschiedlichen aber äquivalenten Weisen modifiziert und praktiziert werden kann, wie dies für den Fachmann im Besitze der vorliegenden Lehre klar ist. Ferner sind keine Einschränkungen hinsichtlich der Details des Aufbaus oder der hierin gezeigten Ausführungsformen beabsichtigt, sofern diese nicht in den nachfolgenden Patentansprüchen beschrieben sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Rückseitenkontaktes für ein Halbleiterbauelement, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer dielektrischen Schicht (112) über einer ersten Oberfläche eines Halbleitersubstrats (110); Bilden einer leitenden Verbindungsstruktur (114) über der dielektrischen Schicht (112); Bilden einer Maske (140) über einer zweiten Oberfläche (141) des Halbleitersubstrats (110), wobei die Maske (140) eine Maskenöffnung (142) aufweist; gekennzeichnet durch anisotropes Ätzen des Substrats (110) und der dielektrischen Schicht (112) durch die Maskenöffnung (142) hindurch, um eine Öffnung (144, 150) durch das Substrat und durch die dielektrische Schicht hindurch zu bilden, um mindestens einen Bereich der leitenden Verbindungsstruktur (114) freizulegen, wobei die anisotrop geätzte Öffnung (144, 150) Seitenwände (143) aufweist, die im Wesentlichen senkrecht zu der zweiten Oberfläche (141) angeordnet sind, und Füllen der anisotrop geätzten Öffnung (144, 150) mit einem leitenden Material (151), um einen elektrischen Kontakt zu der leitenden Verbindungsstruktur (114) herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: isotropes Ätzen des Substrats (110) durch die Maskenöffnung (142) hindurch, bevor die anisotrop geätzte Öffnung (144, 150) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, das ferner umfasst: Bilden einer einhüllenden Grenzfläche zwischen der leitenden Verbindungsstruktur (114) und dem leitenden Material (151).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner umfasst: Dünnen des Substrats (110) vor dem anisotropen Ätzen der Öffnung (144, 150) in das Substrat (110) und in die dielektrische Schicht (112).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das ferner umfasst: Bilden einer isolierenden Schicht an den Seitenwänden (143) der anisotrop geätzten Öffnung (144), bevor die Öffnung mit einem leitenden Material gefüllt wird.